[发明专利]燃料电池系统和用于运行燃料电池系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于机动车的燃料电池系统和一种用于运行燃料电池系统的方法。

背景技术

燃料电池系统在机动车中用于产生电能。电能例如用于驱动机动车。为了运行燃料电池，需要氢气。液态或气态形式的氢气的存储是昂贵且危险的。作为替代方案，可使用载液来存储氢气。储有氢气的载液可存储在普通的储箱中并且如传统的燃料那样进行添加。载有氢气的载液必须被加热到一定温度，以便使氢气能够从载液中分离。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种尤其是用于机动车的燃料电池系统，其能够在成本有利地制造且运行安全的同时尽可能有效地利用氢气。尤其是应尽可能节能地且运行安全地加热载有氢气的载液。另外本发明的任务在于，提供一种用于运行燃料电池系统的相应方法。

该任务通过独立权利要求来解决。从属权利要求的技术方案分别是本发明的有利方案。

因此，该任务通过一种燃料电池系统来解决，其包括储箱、分离装置、燃料电池和加热装置。储箱用于容纳载有氢气的载液。作为载液尤其是使用咔唑。借助分离装置可从载液中分离氢气。在燃料电池中借助氢气和环境空气产生电能。电能尤其是用于驱动机动车。加热装置用于加热载液、尤其是将其加热到150°至250℃，以便使氢气能够在分离装置中分离。在根据本发明的燃料电池系统中，可借助加热装置加热载液、尤其是在冷起动时极为有效且迅速地加热载液。为此，加热装置具有三个热交换器，它们可在本发明的范围中单个地或彼此组合地被使用。第一热交换器利用已经释放出氢气的热的载液。因此，在第一热交换器中利用载液回流管的热量来加热来自储箱的、尚载有氢气的载液。附加或替代地设置第二热交换器。该第二热交换器利用燃料电池的废热。附加或替代地设置第三热交换器。在第三热交换器中利用压缩的进风的热量来加热载液。为了运行燃料电池，压缩环境空气，在此产生热量。在第三热交换器中可直接从压缩器获取热量或从压缩的进风获取热量。在根据本发明的燃料电池系统中，能使用所述三个热交换器中的仅一个、所述三个热交换器中的两个或全部三个热交换器。根据载液、燃料电池和压缩的进风的温度选择用于加热载液的三个热交换器的顺序。通过燃料电池系统中相应的管路和阀能使用热交换器的不同顺序。

优选设有电加热装置。借助该电加热装置可在分离装置上游进一步加热载液。电加热装置尤其是设置在各所述热交换器下游和分离装置上游。当所使用的热交换器不能充分加热载有氢气的载液时，可借助电加热装置在分离装置上游进一步加热载液。

载液回流管尤其是从分离装置通往收集容器。在分离装置和收集容器之间，载液回流管可转入第一热交换器中。

第一热交换器优选设置在第二热交换器和/或第三热交换器上游，从而首先利用载液回流管的热量并且随后在装有第二或第三热交换器的情况下利用燃料电池的热量或进风的热量。

优选设置第四热交换器。该第四热交换器也利用载液回流管的热量。第四热交换器设置在第二热交换器和/或第三热交换器下游。由此在载液回流管中的温度相应高时也可在第二或第三热交换器之后再次利用载液回流管的温度。

代替使用第四热交换器，也可通过相应的阀和管路选择性地在第二或第三热交换器上游或下游使用第一热交换器。

第二热交换器尤其是直接集成在燃料电池中。这意味着，在第二热交换器中载有氢气的载液穿过燃料电池。

本发明还包括一种用于运行燃料电池系统的方法，包括以下步骤：借助燃料电池的废热(第二热交换器)和/或借助压缩的进风(第三热交换器)加热载有氢气的载液。在加热之前和/或之后可利用载液回流管的热量进行附加加热，即所谓的预加热或再加热，因此可借助载液回流管“预加热”载有氢气的载液。附加或替代，可“再加热”载有氢气的载液。可借助一个相应接线的热交换器(第一热交换器)或借助两个分开的热交换器(第一和第四热交换器)实现预加热和再加热。

作为载液，优选使用咔唑。

在根据本发明的燃料电池系统的范围中所描述的从属权利要求和有利方案也可相应有利地用于根据本发明的方法。